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素養導向課程設計之國中生物科神經系統教案實例

 


文/郭淑妙


12年國教新課綱實施在即，在第一線教學的老師們無不嚴陣以待，如何在自發、互動、共好的情境下，又能兼顧素養導向教學與評量，讓老師教得順手、學生也學得更好是大家共同的期望。

12年國教自然領綱著重學習表現，科學教師的教學應從生活化的情境切入，培養學生科學認知、探究能力、科學態度與本質三個面向，而非以教課本為主僅著重學生認知的知識片段。本文分享國中生物科教學現場之素養導向課程設計。此教學設計之學習表現是希望學生能將所習得的人體神經系統相關知識，正確連結到活動所觀察的動作反應或感覺疲勞等現象，並推論其中的關聯，進而運用所習得的知識來解釋自己論點的正確性；並透過與同儕的討論，分享觀察發現的樂趣。最後與視覺藝術科做跨領域結合，希望從科學的系統思考、解決問題為始，培養溝通表達能力，進而增加藝術涵養與美感素養。

 設計理念
本教學設計對應之國民中學教育階段學習表現如下:

1. 探究能力-思考智能(t)-推理論證(r)-tr-IV-1
能將所習得的知識正確連結到所觀察到的自然現象及實驗數據，並推論出其中的關聯，進而運用習得的知識來解釋自己論點的正確性。
2. 探究能力-思考智能(t)-建立模型(m)-tm-IV-1
能從實驗過程、合作討論中理解較複雜的實驗自然界模型，並能評估不同的優點和限制，進能應用在後續的科學理解或生活。
3. 科學的態度與本質(a)-培養科學探究的興趣(i)-ai-IV-2
透過與同儕的討論，分享科學發現的樂趣。

本教學設計對應之國民中學教育階段學習內容:
主題：生物的構造與功能
次主題：生物體內的恆定性與調節
學習內容：Dc-Ⅳ-1人體的神經系統能察覺環境的變動並產生反應。

1.本活動設計教學的學習內容是了解動物體在接受環境刺激時，能產生適當反應，藉由受器察覺身體內外變化，並經由活動體驗人體的感覺與感覺疲勞，體驗受器的功能有其侷限性。
2.相關設計理念
(1)本教學設計由數個體驗活動組成，讓學生從生活情境體驗感官知覺、神經傳導與感覺疲勞的情境，並討論發生這些現象的原理。
(2)藉由分組活動的討論，學生可以合作學習、互相討論造成各種現象的原因，培養人際關係與團隊合作，並達到差異化教學的目的。
(3)與美術課程的水彩技法、動畫構成之課程結合，動手實作視覺暫留作品。分享表達自己的創作理念，並能欣賞同學的作品，增進生活的豐富性與美感體驗。

 原理簡介
神經傳導過程由受器接收刺激到動器產生反應的路徑為：環境刺激→受器→感覺神經→中樞神經→運動神經→動器→反應。其中受器包括眼、耳、鼻、舌、皮膚五種器官；動器則有肌肉和腺體兩類。而神經傳導的控制可分為意識動作與反射動作兩種，意識動作經由大腦意識控制；反射動作則非屬大腦意識判斷控制，是節省時間和腦力的訊息傳導方式。
環境刺激若持續時間太長、前後差異較大或間隔時間較短長可能造成感覺疲勞的現象。本教學設計分為三個重點：
1. 中樞神經的觀察(觀察豬腦)
2. 意識動作(恐怖箱)與反射動作(膝跳與瞳孔反射)體驗
3. 感覺疲勞體驗(溫覺、味覺、視覺疲勞與視覺暫留)

 材料與工具
學習單、倒數計時器、水果與糖果、水、水盆、溫度計、豬腦、塑膠盤、鳥籠圖卡、走馬燈、小漫畫、視覺暫留轉盤、恐怖箱(含各種待測物件)、手電筒、小槌子。

 實驗過程
活動設計為六個關卡分組跑台活動，學生分組闖關，每關卡限時3分鐘，依提示進行觀察、體驗，並討論造成此現象的原因，將結果紀錄於學習單，關卡內容說明如下：

(一)水果甜不甜(味覺疲勞)
（1）先吃水果，記下味道。
（2）接著吃糖果，吃完糖果再吃一口水果。將兩次吃水果的感覺記錄下來。
（3）比較兩次測試，感覺有無不同？討論可能的原因。

(二)冷熱不分(溫覺疲勞)
（1）記錄甲、乙、丙三盆水的水溫，寫下手放入此三盆水時的感覺（甲盆40∘C、乙盆室溫、丙盆0∘C）。
（2）右手置於甲盆，左手置於丙盆，30秒後兩手同時置於乙盆，將感覺記錄下來。
（3）討論兩手感覺不同的可能原因。

(三)觀察豬腦(中樞神經的觀察)
（1）對照課本圖片，將看到的豬腦(圖1)與人腦做比對，並畫下來。
（2）觸摸豬腦記錄觸感。
（3）討論並記錄豬腦表面的紅色線條可能是什麼?


圖1.豬腦側面與背面觀

(四)眼見為憑(視覺疲勞與視覺暫留)
（1）快速翻動小書，描述看到的影像。
（2）雙手拉住兩端橡皮筋，另一人轉動鳥籠圖卡約50圈後放開卡片，使卡片旋轉，觀察並描述看到的影像(圖2)。
（3）拉住跑馬燈一端的橡皮筋，旋轉跑馬燈使之轉動，觀察並描述看到的影像。
（4）轉動立體轉盤觀察動態影像，描述並記錄看到的影像。
（5）討論上述幾種狀態的影像形成原因為何?

圖2.進行視覺暫留圖卡翻轉跑台測試

(五)恐怖箱(觸覺與意識動作)
（1）箱內置入毛刷、假蟑螂、毽子、螺旋貝殼、網球……等不同觸感的物品。
（2）伸手觸摸箱子內的物品，描述摸起來的感覺，猜猜看有什麼東西並記錄下來。

(六)不經大腦的反射(膝跳與瞳孔反射)
（1）瞳孔反射：兩人合作，一人以手電筒光線側向照射受試者的單眼瞳孔，觀察記錄兩眼瞳孔的大小變化。
（2）膝反射：兩人合作，受試者坐在桌面使腳懸空，另一人以槌子輕敲受試者膝蓋，觀察記錄膝蓋的反應。
（3）討論上述兩種反應的神經傳導與控制中樞。

 實驗結果與討論
(一)水果甜不甜(味覺疲勞)
選擇甜度不高又容易分食的水果，如蘋果、芭樂、橘子做測試，再準備甜度高的牛奶糖或巧克力糖。學生通常能分辨前後兩次水果的味道有差異，並能具體說出這是一種味覺疲勞。

(二)冷熱不分(溫覺疲勞)
學生在此體驗活動中可以體驗兩手雖然同時放在同一盆水、溫度相同，卻感覺兩手測出的溫度不同，是很特別的溫覺疲勞錯覺。

(三)觀察豬腦(中樞神經的觀察)
準備完整的豬腦(請豬肉販在處理時儘量小心保留豬腦的各個部分，才能看見大腦、小腦、腦幹、脊髓各部位)，放置於塑膠盤上，讓學生用肉眼觀察或用手輕輕觸摸其質感，有些學生會害怕不敢觸摸，可準備小湯匙供其使用。學生多數沒有見過豬腦，第一次觀察者有的驚奇、有的害怕，但多數學生願意嘗試觸摸豬腦，並且也對豬腦柔軟的質地印象深刻。

(四)眼見為憑(視覺疲勞與視覺暫留)
準備翻翻書、鳥與鳥籠圖卡、跑馬燈……等視覺暫留體驗教具，讓學生自行討論、體驗操作方法、分享所見動態影像，學生們都能認真參與並記錄所見影像，也能討論出這些教具都需要快速轉動才能看動態影像。另提供負片後像圖片，請學生注視20秒後眼睛移置紙張空白處，觀察是否有互補色產生，通常負片後像的觀察無法一次全部學生都能完成，需多測試一到兩次多數學生才能看到結果。

圖3.進行視覺暫留轉盤跑台測試

(五)恐怖箱(觸覺與意識動作)
在不透明的箱子內置入毛刷、假蟑螂、毽子、螺旋貝殼、網球……等不同觸感的物品，讓學生只能藉由手的觸感判斷物品，對於已經習慣用眼睛觀察事物的孩子而言，恐怖箱裡裝置不同觸感的物品很新奇，大家都熱烈討論想猜出比別組更多的物件。

圖4.進行瞳孔反射跑台測試

(六)不經大腦的反射(膝跳與瞳孔反射)
學生對於膝跳反射反應很新奇，無法相信自己會產生這樣不由大腦控制的動作，所以會一再測試。而瞳孔反射則比較不能掌握，先閉眼休息數秒再照光，學生不易觀察到兩眼同時有反應或是只有單眼反應不，需要事先由教師提醒該注意的觀察技巧。

經過一堂課的計時跑台，學生通常能在時間內完成簡單的討論與學習單，但對於神經傳導路徑與視覺暫留的成因無法具體描述，需要另一堂課由教師引導進行討論與解說。因此本課程設計生物部分需進行兩節，讓學生充分討論與溝通表達，對自己前一節課的體驗回顧，連結所學過的刺激與反應學習內容，並推論其中的關聯進而可以達成建立神經訊息傳導的建模過程。

 學生學習成果
本學習單元的學習表現生物部分以學習單呈現和口語表達作為檢核點，學習單設計以分組闖關短時間就能完成，分組討論則由各組分別進行評分。美術科課程設計部分則以留影盤、逐格動畫、手翻書等形式說明視覺暫留的原理，讓學生學習使畫面動起來的方法，再動手實作翻轉圖卡(如圖5、6)。對於這樣從基礎理論體驗的生物闖關活動，到實際藝術創作的學習歷程，學生們都表現出高度的學習興趣和參與度，將科學融入藝術並了解美感的特質、認知與表現，增進生活的豐富性與美感體驗是很受學生歡迎的課程。

圖5-1. 視覺暫留翻轉小書籤正面：愛麗絲縮小瓶 (圖片來源:景美國中吳宜靜老師)


圖5-2. 視覺暫留翻轉小書籤背面：愛麗絲( 圖片來源:景美國中吳宜靜老師)


圖6-1.視覺暫留翻轉小書籤正面：怪獸 (圖片來源:景美國中吳宜靜老師)


圖6-2. 視覺暫留翻轉小書籤背面：怪獸吃的烤雞 (圖片來源:景美國中吳宜靜老師)

 後記
本課程設計生物闖關部分感謝台北市萬華國中王美玲老師分享與提供教學建議，使跑台課程完整而順利；感謝景美國中吳宜靜老師協助設計美術科跨領域課程與本活動課程相互配合，才能達成橫向跨科、跨領域的課程，使學生能在生活中體驗並實踐科學與藝術領域的融合課程。

本課程設計因為有美玲老師與宜靜老師的大力幫忙，榮獲了台北市107年度國民中學有效教學設計徵件比賽生物科特優。









臺北市立景美國中生物科教師
郭淑妙